CN1965054A - 发绿光荧光粉材料及使用其的等离子体显示板 - Google Patents

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Abstract

一种用于等离子体显示板(PDP)的利用锰和碱金属卤化物激发的发绿光的铝酸镧荧光粉，所述荧光粉具有经验式：La2－x－yB22O36:Mnx·Ay，其中，A＝Li、Na或K；B＝Al或Al+Ga；并且0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1。这些荧光粉当受到来自氙气混合物的147nm和173nm辐射的激发时，在绿光区域具有能带发射，并在515nm处达到峰值，所述荧光粉具有适于不同平板显示器和灯应用中所需的薄荧光粉屏的均匀的颗粒尺寸分布(0.01－10微米)。其在VUV激发下显示出高亮度、好的色饱和度、高稳定性和较短的余辉。

Description

发绿光荧光粉材料及使用其的等离子体显示板
技术领域
本发明涉及通过固态和溶胶-凝胶法来制备和生长小尺寸颗粒的、掺杂Mn2+和碱金属卤化物的铝酸镧荧光粉。更具体地说，本发明通过热分解镧、锰、碱金属卤化物盐和氧化铝或溶胶-凝胶粉末，提供了一种发绿光的掺杂Mn2+和碱金属卤化物的铝酸镧荧光粉及其制备方法。
背景技术
作为大屏幕电视(60”以上)、尤其是高清晰度电视(HDTV)的介质，等离子体显示板(PDP)因具有高的性能和可量测性而受到超过基于阴极射线管(CRT)的电视的关注。尽管CRT耗能少且图像质量更好，但具有尺寸限制。对角线尺寸超过40英寸的大屏幕(CRT)很厚很重。相反，因为不存在厚度和重量问题，PDP的对角线尺寸正日益增大。
图1a和1b示出了本领域已知的PDP结构。图1a和1b示出了AC PDP的截面图。等离子体显示板具有两个大面积玻璃基板11、16。前板11由维持电极12和扫描电极13构成，并被覆盖厚的介电层14和薄的保护层(MgO)15。后板16具有寻址电极17、反射层18、隔离肋19、红色荧光粉20R(Y，Gd)BO3:Eu2+、绿色荧光粉20G ZnSiO4:Mn2+(P1)或者ZnSiO4:Mn2+和Y，GdBO3:Tb3+的混合物、以及蓝色荧光粉20BBaMgAl10O17:Eu2+，这些荧光粉通过丝网印刷或喷墨工艺来涂覆。将所述两个玻璃板烧结密封在一起，并在空间21充入Xe、Ne混合气体。当施加电压时，空间21发生放电，产生真空UV(147nm和173nm)。当荧光粉20RGB受到真空紫外光子的激发时，它们发出各自的可见光辐射，并在透明前板上作为图像22显示出。
PDP的发光效率依赖于各种因素，包括材料，例如荧光粉、气体混合物、介质层、反射层、黑矩阵、电极，还包括单元尺寸及形状、电极的性质、尺寸和形状、寻址波形、操作电压等。PDP的性能和寿命还与以下关联：荧光粉的性质、以及它们对来自从Xe/Ne混合气体放电产生的真空紫外线中的高能放电离子、电子和曝晒的抗性。与标准的发光显示器、如CRT(5-6lm/W)相比，PDP的效率较低(1-2lm/W)。
为了提高PDP的整体效率，正在开展涉及材料、设计、工艺和电子学方面的大量研究。除了努力完善现有的荧光粉，也正努力开发新的荧光粉材料。由于可从氙气放电产生特定的真空紫外线波长(147nm和173nm)，因此，仅仅有限的一部分灯用荧光粉可适用于PDP。除了高发光效率以外，PDP荧光粉也应该具有长寿命或者高稳定性、所需要的余辉、合适的色坐标、色温及色饱和度。
大尺寸等离子体显示器将主要应用于HDTV和高信息量显示。HDTV和同类的显示装置应该包含具有低介电常数、所需要的光衰减时间、高分辨率和强亮度的高性能荧光粉。在闭合的肋结构或密封单元结构中涂覆小颗粒的屏板呈现出高的堆积密度并需要较少的粘合剂量。
被定义为起始亮度的10％的余辉值应该在4ms-9ms之间，所述余辉值是在选择荧光粉时的另一个因素。目前PDP中使用的这三种荧光粉(红、绿、蓝)具有不同的介电常数和颗粒形态。由于它们的物理性质，所有这三种荧光粉需要不同的荧光粉糊流变力以及不同的丝网印刷工艺。在PDP应用中，这些荧光粉在完成的显示板中呈现不同的电学特征。这导致不利于显示器的性能。
HDTV和同类装置应该具有高的分辨率和高亮度以获得更好的性能。特别是在PDP中，这可以仅通过在闭合的肋结构中采用由非常小的荧光粉颗粒(1-5μm)形成的薄荧光粉屏而实现。具有小颗粒的屏板具有较高的堆积密度并需要较少的粘合剂量。锰活化的硅酸锌荧光粉或其与铽活化的钇钆硼酸盐的混合荧光粉，由于易于制备且具有高的量子效应，因此目前用于等离子体显示板(PDP)中作为发绿光的成分。
介电常数较高的硅酸锌荧光粉受到特别关注，因为其充电能力超过配合使用的蓝色荧光粉和红色荧光粉，并且这导致更高的持续电压。与发红光和蓝光的荧光粉相比，硅酸锌荧光粉在VUV流中还呈现出较长的余辉、较低介电常数、负放电性和较快的饱和。如美国专利6004481中所述，另一种合适的绿色备选荧光粉，铽活化的钇钆硼酸盐，表现出较低的色纯度。作为替换，PDP工业现在采用P1和铽活化的硼酸盐的混合物。目前正在努力研制新的荧光粉材料以满足各种要求，并替换现有的锰活化的硅酸锌荧光粉或硅酸盐和硼酸盐的混合物。
荧光粉手册中也已经提及了一些基于碱金属卤化物铝酸盐的其它可选用的荧光粉。美国专利4085351、5868963和6423248B1中也公开了一种在气体放电发光发光元件中的锰活化的铝酸盐荧光粉，该荧光粉含有钙、锶、钡、镁或锌中的任一种。欧洲专利EP0908502 A1提出了一种铝酸钡或锶镁铝酸盐的制备方法，该方法为在助熔剂(AlF3)的存在下，于1450℃煅烧各自的氧化物或碳酸盐48小时(总时间)。国际专利申请WO98/37165描述了一种通过喷雾技术制备含氧荧光粉粉末的方法，该荧光粉粉末含有碱土金属铝酸盐。欧洲专利EP1359205 A1描述了制备含有La、Mg、Zn铝酸盐的各种发绿光的荧光粉的方法，所述铝酸盐采用Tb、Mn作为活化剂。
这种荧光粉的其它相关方面在以下专利中得到描述：美国专利4150321；5989455以及6222312 B1；欧洲专利0697453A1；Hampden SmithMark等的国际专利WO 98/37165；以及以下公开(1)M.Tamatani的“Fluorescence inα-Al2O3-like materials of K，Ba，La activated with Eu2+and Mn2+”，Jap.J.Applied Physics，Vol.13，No 6，1974年6月，第950-956页；(2)J.L.Sommerdijk和A.L.N.Stevels的“The behavior of Phosphorswith aluminate host lattices”，Philips Tech.Review Vol.37，No.9/10，1977年，第221-233页；以及(3)由S.Shionoya和W.M.Yen编辑的“PhosphorHandbook”中的M.Tamatani的“Principal phosphor materials and theiroptical properties”，CRC press(1999年)，第153-176页。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种锰活化的和碱金属卤化物铝酸镧荧光粉及其制备方法，该荧光粉具有经验式：
La2-x-yB22O36:Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na、K；B＝Al或Al+Ga；并且0.01≤x≤0.1并且0.01≤y≤0.1。
该荧光粉通过热分解由一种方法所获得的粉末来制备，所述方法包括以下步骤：混合例如碱金属盐的碱金属源、锰源、镧源以及铝源；在酸介质中反应包含碱金属卤化物源、镧源、锰源和提供铝源的有机前体的稀释溶液以形成稀释凝胶(溶胶-凝胶工艺)；以及在特定温度下，将所述稀释凝胶转换为干凝胶粉末(室温干燥)；将所述稀释凝胶转换为气凝胶粉末(真空干燥)；或者将所述凝胶转换为凝胶粉末(喷雾干燥)，该荧光粉受到来自氙气混合物中147nm和173nm的辐射激发时，在绿光区域有能带发射，并在515-516nm处达到峰值。
本发明还提供了用通过两种不同工艺合成的锰(Mn2+)和碱金属卤化物例如锂(Li+)活化的铝酸镧荧光粉的对比性能数据，所述两种工艺为常规固态反应法(0.1-10μm)和溶胶-凝胶法(0.01-5μm)。
即使杂质含量在ppb水平，荧光粉材料对杂质也极其敏感。低温工艺减小了交叉污染的可能。高温煅烧后残留在材料中的一些不想要的杂质可能会损害荧光粉的性能。随着荧光粉颗粒的尺寸减小，对杂质的电子和空穴捕获的几率增大，借助杂质使得电子-空穴的局部化也提高了复合率。随着颗粒尺寸减小，最佳的杂质浓度(催化剂)量会进一步提高。通过在开始采用亚微米级大小的化学原料或溶胶凝胶工艺可以达到这一目的。
本发明的绿色荧光粉能够吸收真空紫外光的光子并将其转变成可见光的光子。因此，这里所描述的绿色荧光粉适用于灯和显示器。
附图说明
图1a示出了交流等离子体显示板的截面图；
图1b示出了具有三种不同荧光粉的单个单元的截面图；
图2示出了Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的x射线衍射图；
图3示出了Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的扫描电子显微图；
图4示出了本发明Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的颗粒尺寸分布；
图5示出了本发明Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉和锰活化的硅酸锌荧光粉在使用连续D2灯激发之后在室温下在VUV区域中所记录的激发光谱；
图6示出了没有滤光器的定制VUV灯(147和173nm)的光谱能量分布；
图7示出了本发明的Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉和Mn活化的硅酸锌荧光粉在147nm激发下的发光光谱，该光谱在室温下记录；
图8示出了在室温下所记录的Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的余辉(激发源通常是带有147nm滤光片的氙灯)；
图9表示强度随铝酸镧荧光粉中的Mn和Li的浓度的变化；
图10示出了暴露在高能VUV灯下的Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的强度退化图。
具体实施方式
本发明提供了一种通过固态法和溶胶-凝胶法来制备和生长小颗粒尺寸的掺杂Mn2+和碱金属卤化物的铝酸镧荧光粉的方法，所述荧光粉尤其是发绿光的掺杂Mn2+和碱金属卤化物的铝酸镧荧光粉。该方法包括以下步骤：在空气中以1000到1400℃的温度将以下物质热分解2到6小时：镧、锰、碱金属卤化物以及氧化铝的盐，或者从稀释溶液获得的溶胶凝胶粉末(溶胶-凝胶工艺)，该稀释溶液在酸性介质中包括镧源、锰源和提供铝源的有机前体，或者干凝胶粉末(在室温下通过溶胶-凝胶工艺干燥凝胶)或者气凝胶粉末(在真空中通过溶胶-凝胶工艺干燥凝胶)，或者通过喷雾干燥所获得的凝胶粉末；并且在1000-1300℃下在存在形成气体(95.5％N2和4.5％H2)的情况下重新烧制该粉末2到6小时。
在优选实施例中，根据本发明的发绿光锰和碱金属(即，Li、Na或者K)活化的铝酸镧荧光粉具有经验式：
La2-x-yAl22O36:Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na、K并且0.01≤x≤0.1并且0.01≤y≤0.1。
在另一个优选实施例中，根据本发明的发绿光锰和碱金属(即，Li、Na或者K)活化的铝酸镧荧光粉具有经验式：
La2-x-yB22O36:Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na、K；B＝Al+Ga；并且0.01≤x≤0.1并且0.01≤y≤0.1。
发绿光的锰活化铝酸镧荧光粉颗粒具有均匀的颗粒尺寸分布(0.01μm-10μm)，其适用于等离子体显示板(PDP)中。这些颗粒分别从氧化物、硝酸盐、草酸盐和有机母体制备，其形成这样的小颗粒，所述小颗粒在PDP应用中可以改进较高亮度、较短的余辉、较高稳定性、较长寿命和好的色彩饱和度的性能参数。
在许多显示器应用中，具有高亮度、短的余辉、色纯度(饱和度)、高稳定性和长寿命(操作时间)的荧光粉将会显著改进显示器的性能。在显示器中，绿色成分非常重要，因为人眼的光子响应在约535nm处(可见光光谱的绿色成分区)具有峰值灵敏度。
因为商业上可获得的基于锰活化硅酸锌荧光粉、钡镁铝酸盐荧光粉和铽活化钆钇硼酸盐荧光粉都不能满足以上所有的要求，所以需要研制一种能克服上述限制的新的荧光粉及其合成方法。
根据本发明的发绿光的荧光粉能够吸收真空紫外光的光子，并将其转变成可见光的光子，因此适用于灯和显示器中。另外，小尺寸的荧光粉颗粒尤其适用于要求高堆积密度的应用中。该开发努力的结果构成本发明的基础。本发明提供了Mn2+和一价碱金属卤化物活化铝酸镧荧光粉、其合成方法及其在PDP中的使用。
通过具有以下步骤的方法来制备荧光粉：
混合作为碱金属源的碱金属盐、作为锰源的锰盐、作为镧源的镧盐以及作为铝源的氧化铝；
在酸介质中反应包含碱金属卤化物源、镧源、锰源和提供铝源的有机前体的稀释溶液以形成凝胶；
通过除去多余的水来将所述凝胶转换为凝胶粉末；以及
在特定的温度热分解该粉末以产生所述荧光粉。
镧源可以是草酸镧、硝酸镧、氧化镧或者其混合物；碱金属源可以是碱金属卤化物、硝酸碱、碳酸碱、氢氧化碱或者其混合物；铝源可以是氧化铝、异丙氧基铝、仲丁氧基铝及其混合物。
在热分解前，凝胶经超声喷雾并且干燥，即喷雾干燥，以形成凝胶粉末，或者经真空干燥形成气凝胶型的凝胶粉末。凝胶也可以在热分解前经干燥形成干凝胶，然后再将干凝胶压碎成粉末。凝胶热分解过程是先在开放气氛中于约1000℃-约1400℃温度下进行，并且然后在形成气体中于约1000℃-约1300℃温度下进行。
优选，荧光粉具有约0.01μm-约10.0μm的颗粒尺寸，并且在147nm激发时，显示出约90-约100的相对强度(AU)，在173nm激发时，显示出约90-约105的相对强度，并且半宽度是约23nm-约25nm，余辉是约7ms-约10ms、色坐标x是约0.116到约0.136、色坐标y是约0.752到约0.782。
因此，荧光粉可以通过热分解通过如下获得的粉末而制备：混合例如碱金属盐的碱金属源、锰源、镧源和铝源；使含有碱金属源、镧源、锰源以及提供铝源的有机母体的稀释溶液在酸性介质中反应，以形成稀释凝胶(溶胶-凝胶工艺)；并且在特定温度下，将所述稀释的凝胶转变成干凝胶粉末(室温干燥)、将所述稀释的凝胶转变成气凝胶粉末(真空干燥)、或者把将所述稀释的凝胶转变成凝胶粉末(喷雾干燥)。
铝酸镧固溶体的形成很关键，其高度依赖于反应的温度和条件。在本发明中，考虑到化学原料的成本和可获得性，采用固态和水基工艺。因为化学原料的纯度对荧光粉的合成非常重要，因此化学原料的纯度通常为99.9-99.999％。减小特定污染物的含量也很重要，所述污染物例如为Fe、Co、Ni，其可能严重破坏荧光粉的性能。
通过在微温去离子水中混合适量的各金属的硝酸盐以获得0.05-0.1M的溶液，可以制备所需金属(La、Mn、Li、Na和K)的溶液。金属氢氧化物母体可以这样制备，通过在溶液中加入例如氢氧化铵的碱、而在水中沉淀金属氯化物或金属硝酸盐的水溶液(0.01-0.05M)。然后以化学计量比来混合金属溶液与异丙氧基铝或仲丁氧基铝。将该金属/异丙氧基铝或仲丁氧基铝溶液转移到圆底烧瓶中，随后在搅拌器罩中于80℃-100℃胶溶9-18小时。本发明也采用了如硝酸或盐酸的无机酸，来维持实现凝胶化所要求的低的PH值。
在胶溶之后，将溶胶/凝胶保留在容器中直到其转变成浓凝胶(3-5天)，然后成为干凝胶。通过在真空下通过冷阱分离出水或其它溶剂也可以从相同的稀释凝胶来制备气凝胶。将这些干凝胶和气凝胶转移到60℃-70℃的实验炉中保持1天或保持到成为粉末。插入这一步骤以加速除去任何残留的溶剂。凝胶粉末也可以通过喷雾干燥来制备。将稀释的凝胶通过细小的喷雾器喷雾到被加热至120℃-150℃的4英寸直径的玻璃管中。另一用于形成颗粒的可选方法可以采用超声气溶胶发生器来完成。干燥后，收集凝胶粉末并在400℃下烧制2小时以烧尽残留的有机成分。
在研钵中将所需量的La、Li、Mn的金属盐、例如草酸盐、碳酸盐、氟化物与铝的氧化物和例如氟化铵的助熔剂材料混合，所述铝的氧化物优选是表面积为100m2/g的0.01-0.02μm的γ-α氧化铝粉末。将含有固态混合粉末或通过溶胶-凝胶法获得的粉末的装料转移到高级氧化铝坩锅中，并且在空气中于1000℃-1400℃煅烧2-6小时。将烧制的粉末转移到高级氧化铝舟皿中，并在管式炉中在形成气体(4.5％氢气和95.5％氮气)中于1000℃-1300℃再次烧制2-6小时。例如形成气体或一氧化碳或类似气氛的还原气氛有助于将Mn3+或更高价态的Mn转变成二价的锰(Mn2+)。
可以将粉末先在开放气氛中1300℃热分解，并且接着在含有4.0％-5.0％氢气、其余为氮气的形成气体中于1200℃温度下进行热分解。
优选，荧光粉的颗粒尺寸在0.01到10.0微米的范围内。粉末的颗粒尺寸在0.05到5.0微米的范围内，较优选为0.01到3.0微米，较优选为0.01到0.02微米。
优选，荧光粉具有从约1.8摩尔到约1.98摩尔的镧、从约0.01摩尔到约0.1摩尔的锰、以及约0.01摩尔到约0.1摩尔的碱金属卤化物和22.0摩尔的铝。
图1a表示AC等离子体面板的截面图。
图1b表示具有三种不同荧光粉的单个单元的截面图。
图2示出了Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的X射线衍射图形。参考图2，提供了在1300℃烧制并在1200℃(N2+H2)下再次烧制后的样品的X射线衍射数据以及来自镧锰铝氧化物(JCPDF 77-0334)的标准数据。在1000℃的烧制温度以上，对应于铝酸镧相的线更加显著。因为荧光粉的发光性能取决于形状、尺寸、结晶度、缺陷和晶界，因此研究在不同条件下制备的所有样品的形态和颗粒尺寸分布(PSD)。
图3示出了Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的扫描电子显微照片。使用Hitachi S-4500扫描电子显微镜来研究从无机盐中所制备的荧光粉样本的扫描电子显微照片。参考图3的显微照片，可以观察到荧光粉颗粒尺寸均匀、结晶良好。
图4表示本发明的Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的颗粒尺寸分布。图4示出了在颗粒尺寸分析仪Horiba LA-190上所测量出来的这些荧光粉的PSD。可以看出，所有颗粒低于10微米、具有2.0微米的平均直径和1.5微米的中线。在煅烧后用水清洗该样本以除去非常小的颗粒(＜0.05微米)和未反应的剩余物并且进行干燥。在室温下，在密集的粉末和丝网印刷的切片(coupon)上实现这些荧光粉的发光特性。
图5示出了本发明的Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的激发光谱。在使用连续氘(D2)灯激发之后在VUV区域中在室温下记录515nm的发射光。参考图5，借助于波长范围在100到200nm内的D2连续灯，在室温下记录了从金属盐和氧化铝中所制备的Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的激发光谱。通过使用定制的VUV灯(147nm和173nm)来激发，在室温下记录了从金属盐制备的Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的发光光谱。
图6示出了定制的VUV灯的光谱能量分布。这些灯用于与147和173nm的带通滤光器结合来激发荧光粉。
图7示出了本发明的Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉和锰活化的硅酸锌荧光粉在147nm下激发的发光光谱。在室温下记录发光。参考图8，示出了使用Xe灯(147nm)激发的在室温下记录的Li和在同量的Mn活化的铝酸镧荧光粉的衰减特性(在辉光衰减之后或者余辉)。
图9示出强度随Mn和Ii的浓度的变化。可以观察到，这些样本的发光强度随着Mn和Li浓度的增加而增加，并且在特定量的活化剂之后由于浓度猝灭而导致降低。参考图10，可以看出本发明的荧光粉与其它发绿光荧光粉材料(ZnSiO4:Mn)的衰退。与标准ZnSiO4:Mn荧光粉相比，Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的衰退较低。
图10示出了暴露在高能VUV灯下的Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉的强度衰退。
优选，通过将荧光粉粉末与含有溶剂(萜品油、乙酸丁基酚醛酯(butylcarbolite acetate，BCA)/乙酸丁氧基乙氧基乙基酯)和粘合剂(乙基纤维素或聚乙烯醇缩丁醛)的合适载体混合来制备荧光粉糊。
通过加入定量的溶剂和粘合剂在高速立式搅拌器中预混载体。然后在三滚轮研磨器内滚动荧光粉糊，直到其变得非常软和。将不同荧光粉糊丝网印刷到小的圆形玻璃切片上(直径1英寸)。在于120℃-140℃干燥具有荧光粉糊的玻璃板后，于500℃下对其进行粘合剂烧除工艺达1-4小时，直到蒸发掉所有的有机物。
在玻璃切片上对荧光粉材料的发光性能和寿命特征进行了研究。通过测量将荧光粉屏暴露在氮气气氛下的高能氙闪光灯或真空气氛下的氙灯中达不同时间段前后的强度，来计算暴露在UVU辐射中的荧光粉的衰退。发现，与其它PDP发绿光的荧光粉相比，本发明荧光粉的衰退较小。
经实验室初步研究后，将合适的荧光粉糊丝网印刷到后板上(42″)。在烧除粘合剂(500℃)后，将具有荧光粉的后板和前板烧结密封在一起并充入上述氙-氖混合气体。
在气体填充工艺完成后，将所述组件(前后板)连接到所有需要的电子元件上。对这些板的发光性能，如亮度、强度、光谱能量分布、辉光衰减、色坐标、色温等，稳定性或寿命以及电学特征，如电容量、放电泄漏、放电延迟、持续电压的变化，以及斜坡电压进行了研究。
本发明的荧光粉材料在被波长在100nm到200nm范围内的真空紫外光激发时会发射绿光，这适用于等离子体显示板。
因此，本发明提供一种改进的等离子体显示板(PDP)，其包括前板、后板以及形成于前板和带有荧光粉层的后板之间的多个放电空间，所述前板具有电极、介电层和薄保护层(MgO)，所述后板带有电极、反射层、肋和荧光粉，其中改进包括：
一种包括发绿光荧光粉材料的等离子体显示板，所述材料包括由以下经验式所表示的成分：
La2-x-yB22O36:Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na或K；B＝Al或Al+Ga；并且0.01≤x≤0.1并且0.01≤y≤0.1，其荧光粉在被波长在100nm到200nm范围内的真空紫外光激发时会发射绿光。
参考以下部分实例描述本发明的进一步的细节。
实例I
本实例描述了通过固态反应来制备Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉。
首先，将28克γ(80％-95％)-α(5％-20％)的氧化铝(0.01-0.02μm的粉末)、18克草酸镧、0.34克氟化锰(二价)、1克氟化锂在研钵中混合，并转移到高级氧化铝坩埚中。对坩埚加盖并在箱式炉中在1200到1400℃下煅烧2到4小时。将样品在管式炉内的形成气体(4.5％氢气+95.5％氮气)中于1100℃-1300℃再烧制2-4小时。在存在形成气体的情况下将样本滞留在炉中，直到它冷却到室温。
在冷却后，在水中对这些精细荧光粉粉末进行超声搅拌。超声处理有助于把团聚物破碎成单独的颗粒。在用水洗涤后，将这些粉末于120℃干燥6小时。
上述可根据所需量按比例增加。在室温下记录的上述荧光粉在受到激发源(氙灯)激发时的发光、色坐标和余辉特征在表1中示出。
实例II
除了将0.34克的氟化锰(二价)替换为0.42克的碳酸锰以外，制备过程与实例I相同。
实例III
除了将0.34克的氟化锰替换为0.65克的硝酸锰以外，制备过程与实例I相同。
实例IV
除了将1克的氟化锂替换为1.54克的氟化钠以外，制备过程与实例I相同。
实例V
除了将1克的氟化锂替换为2克的氟化钾以外，制备过程与实例I相同。
实例VI
本实例描述了通过溶胶-凝胶工艺在酸性催化剂中制备Mn和Li活化的铝酸镧荧光粉。在搅拌的同时将28克异丙氧基铝溶解在4升热水(95℃)中。然后在AIP溶液中加入9克硝酸镧、0.4克氟化锂和0.18克氟化锰。当溶液达到110℃时，滴入5毫升硝酸(0.5mol)并回流24小时。在回流过程中通过采用循环冷却器将水冷凝柱保持在20℃。在将烧瓶冷却到室温后，将溶液(稀释的凝胶)转移到结晶皿(3升容积)中并在开放气氛下保存。经5-6天后，溶液变成凝胶。将这些透明的硬凝胶在实验室炉中于45℃-50℃下保存12小时。
干燥后的产物类似于软玻璃，称为干凝胶。当在玻璃研钵中压碎凝胶后，将精细粉末收集到高级氧化铝坩埚中，并且在300℃烧制2小时(加热速率为2℃/分钟)，然后进行如实例1所述的高温热循环、冷却和洗涤。
实例VII
除了将28克的异丙氧基铝替换为34克的仲丁氧基铝以外，制备过程与实例VI相同。
实例VIII
与实例VI和实例VII相同，在酸性介质中从硝酸镧、锰盐、和异丙氧基铝合成稀释凝胶。获得的胶体溶液在真空下冷冻干燥。在真空泵和包含凝胶的真空罐之间引入冷阱。
经几小时冷冻干燥后，在烧瓶底部收集干燥粉末。对这些粉末进行如实例I所述的煅烧、冷却、洗涤和测量。
实例IX
与实例VI所述相同，在酸性介质中从硝酸镧、锰盐、和异丙氧基铝合成稀释凝胶。这些稀释凝胶通过4″直径玻璃管内的喷雾喷嘴而被喷雾，该玻璃管具有120℃-150℃的12″的加热区。还可以采用超声气溶胶发生器(喷雾器)来产生精细颗粒。在喷雾约1升的稀释凝胶后，从管壁上刮下非常精细的粉末。对这些粉末进行如实例I所述的煅烧、冷却、洗涤和测量。
实例X
除了将28克氧化铝替换为26克氧化铝和3.7克氧化镓以外，制备过程与实例I同样。
表1示出了通过本发明的固态反应或溶胶凝胶工艺形成的荧光粉，该荧光粉具有不同的粒子尺寸范围，通常还具有较高的亮度、低介电常数、长寿命和较短的余辉。
表1锰和碱金属活化的铝酸镧荧光粉的发光特征和形态
制备方法 相对激发强度(AU)   半宽nm   余辉(10％)(ms)         色坐标   颗粒尺寸(μm)
147nm 173nm X y
实例I实例II实例III实例IV实例V实例VI实例VII实例VIII实例IX标准P1aZnSiO4:Mn) 10510410097897574766376  100989492877371736180   23.5623.2623.6425.0824.8825.2224.8625.0523.8145.24   9.09.09.08.58.59.09.09.09.09.0   0.1250.1250.1250.1250.1280.1250.1250.1250.1250.228   0.7720.7720.7720.7750.7750.7780.7730.7730.7740.714   0.1-100.1-100.1-100.1-120.2-120.05-50.05-50.05-50.01-30.5-10
a标准P1可从日本Kasei Optonix Ltd.获得
可以理解，上述仅是对本发明的示例说明。在不脱离本发明的精神下，本领域的技术人员可以设计出本发明的不同替换和修改。因此，本发明旨在包含所有落入所附权利要求书范围内的任何这样的替换、修改和改变。

Claims (38)

1.一种发绿光的锰和碱金属活化的铝酸镧荧光粉，具有经验式：
La2-x-yB22O36:Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na或K；B＝Al或Al+Ga；并且0.01≤x≤1，0.01≤y≤0.1。
2.如权利要求1所述的发绿光的锰和碱金属活化的铝酸镧荧光粉，其通过包括以下步骤的方法来制备：
混合作为碱金属源的碱金属盐、作为锰源的锰盐、作为镧源的镧盐以及作为铝源的氧化铝；
在酸介质中反应包含碱金属卤化物源、镧源、锰源和提供铝源的有机前体的稀释溶液以形成凝胶；
通过除去多余的水来将所述凝胶转换为凝胶粉末；以及
在特定的温度热分解所述粉末以形成所述荧光粉。
3.如权利要求2所述的荧光粉，其中所述镧源选自于草酸镧、硝酸镧、氧化镧及其混合物；所述碱金属卤化物源选自于碱金属卤化物、硝酸碱、碳酸碱、氢氧化碱及其混合物；以及所述铝源选自于氧化铝、异丙氧基铝、仲丁氧基铝及其混合物。
4.如权利要求2所述的荧光粉，其中所述凝胶先在开放气氛中在约1000℃-约1400℃的温度下被热分解，然后在形成气体中在约1000℃-约1300℃的温度下被热分解。
5.如权利要求2所述的荧光粉，其中所述凝胶在热分解之前被干燥以形成所述凝胶粉末。
6.如权利要求2所述的荧光粉，其中所述凝胶在热分解之前被真空干燥以形成作为气凝胶的所述凝胶粉末。
7.如权利要求2所述的荧光粉，其中所述凝胶在热分解之前被喷雾干燥以形成所述凝胶粉末。
8.如权利要求1所述的荧光粉，其中所述荧光粉的颗粒尺寸为约0.01微米到约10.0微米。
9.如权利要求1所述的荧光粉，其中所述荧光粉呈现出在147nm的激发下的从约90到约100的相对强度(AU)和在173nm激发下的从约90到约105的相对强度(AU)，其中半宽度为约23到约25nm。
10.如权利要求1所述的荧光粉，其中所述荧光粉呈现出从约7ms到约10ms的余辉。
11.如权利要求1所述的荧光粉，其中所述荧光粉呈现出从约0.116到约0.136的色坐标x以及从约0.752到约0.782的色坐标y。
12.一种制造发绿光的锰和碱金属活化的铝酸镧荧光粉的方法，所述荧光粉具有经验式：
La2-x-yB22O36：Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na或K；B＝Al或Al+Ga；并且0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1；其中所述方法包括以下步骤：
混合作为碱金属源的碱金属盐、作为锰源的锰盐、作为镧源的镧盐以及作为铝源的氧化铝；
在酸介质中反应包含碱金属卤化物源、镧源、锰源和提供铝源的有机前体的稀释溶液以形成凝胶；
通过除去水来将所述凝胶转换为凝胶粉末；以及
在特定的温度热分解所述粉末以形成所述荧光粉。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述镧源选自于草酸镧、硝酸镧、氧化镧和其混合物；所述碱金属卤化物源选自于碱金属卤化物、硝酸碱、碳酸碱、氢氧化碱及其混合物；以及所述铝源选自于氧化铝、异丙氧基铝、仲丁氧基铝及其混合物。
14.如权利要求12所述的方法，其中先在开放气氛中在约1000℃-约1400℃的温度热分解所述凝胶，然后在形成气体中在约1000℃-约1300℃的温度热分解所述凝胶。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述凝胶在热分解之前被干燥以形成所述凝胶粉末。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述凝胶在热分解之前被真空干燥以形成作为气凝胶的所述凝胶粉末。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述凝胶在热分解之前被喷雾干燥以形成所述凝胶粉末。
18.如权利要求12所述的方法，其中所述荧光粉的颗粒尺寸为约0.01微米到约10.0微米。
19.如权利要求12所述的方法，其中所述荧光粉呈现出在147nm的激发下的从约90到约100的相对强度(AU)和在173nm激发下的从约90到约105的相对强度(AU)，其中半宽度为约23到约25nm。
20.如权利要求12所述的方法，其中所述荧光粉呈现出从约7ms到约10ms的余辉。
21.如权利要求12所述的荧光粉，其中所述荧光粉呈现出从约0.116到约0.136的色坐标x以及从约0.752到约0.782的色坐标y。
22.如权利要求12所述的方法，其中所述镧源是草酸镧，所述碱金属卤化物源选自于碱金属卤化物和硝酸碱；所述锰源是硝酸锰；以及所述铝源是氧化铝。
23.如权利要求12所述的方法，其中所述镧源是草酸镧；所述锰卤化物源是氟化锰；所述碱金属卤化物是氟化碱；以及所述铝源是氧化铝。
24.如权利要求12所述的方法，其中先在开放气氛中在1300℃热分解所述粉末，然后在形成气体中在1200℃的温度热分解所述粉末，所述形成气体包括4.0到5.0％的H2和剩余百分比的N2。
25.如权利要求12所述的方法，其中在热分解之前，干燥所述凝胶以形成干凝胶、并碾碎所述干凝胶以形成粉末。
26.如权利要求12所述的方法，其中在热分解之前，真空干燥所述凝胶以形成气凝胶，并且碾碎所述气凝胶以形成粉末。
27.如权利要求12所述的方法，其中在热分解之前，喷雾干燥所述凝胶以形成凝胶粉末，并碾碎所述凝胶粉末以形成粉末。
28.如权利要求12所述的方法，其中在热分解之前，超声喷雾并干燥所述凝胶以形成凝胶粉末，并碾碎所述凝胶粉末以形成粉末。
29.如权利要求12所述的方法，其中所述荧光粉的颗粒尺寸在0.01到10.0微米的范围内。
30.如权利要求25所述的方法，其中所述粉末的颗粒尺寸在0.05到5.0微米的范围内。
31.如权利要求26所述的方法，其中所述粉末的颗粒尺寸在0.05到5.0微米的范围内。
32.如权利要求27所述的方法，其中所述粉末的颗粒尺寸在0.01到3.0微米的范围内。
33.如权利要求28所述的方法，所述粉末的颗粒尺寸在0.01到0.02微米的范围内。
34.如权利要求12所述的方法，其中所述荧光粉包括从约1.8摩尔到约1.98摩尔的镧、从约0.01摩尔到约0.1摩尔的锰、以及约0.01摩尔到约0.1摩尔的碱金属卤化物和22.0摩尔的铝。
35.一种用于等离子体显示板的荧光粉材料，所述荧光粉材料包括由以下经验式所表示的成分：
La2-x-yB22O36:Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na或K；B＝Al或Al+Ga；并且0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1；所述荧光粉当受到波长范围为100nm-200nm的真空紫外光的激发时发绿光。
36.一种改进的等离子体显示板(PDP)，其包括前板、后板以及形成于前板和含有荧光粉层的后板之间的多个放电空间，所述前板包括电极、介电层和薄的保护层(MgO)，所述后板包括电极、反射层、肋和荧光粉，其中所述改进包括：
一种等离子体显示板，其包括发绿光的荧光粉材料，所述荧光粉材料包括由以下经验式所表示的成分：
La2-x-yB22O36:Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na或K；B＝Al或Al+Ga；并且0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1；所述荧光粉当受到波长范围为100nm-200nm的真空紫外光的激发时发绿光。
37.如权利要求1所述的荧光粉，具有经验式：
La2-x-yAl22O36:Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na、K并且0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1。
38.如权利要求1所述的荧光粉，具有经验式：
La2-x-yB22O36:Mnx·Ay
其中，A＝Li、Na或K；B＝Al+Ga；并且0.01≤x≤0.1并且0.01≤y≤0.1。
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